基于虚拟样机技术的腈纶定型铺丝机的设计

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文腈纶的差别化率上。20世纪80年代，市场上的差别化腈纶已经达到100多个[5][6]品种。2003年，我国腈纶的差别化率仅为15%，发达国家为40%。欧美、日本、韩国等国家的化纤企业，一直致力于差别化腈纶的研究与开发工作。美国杜邦公司的涤纶长丝产品中，60%以上是以细旦、异型截面为主的差别化纤[7][8]维。日本一些化纤企业差别化率甚至高达90%。国内腈纶企业在竞争中通过自身的努力取得了相关的成绩。2005年9月，[9]大庆石化总公司腈纶分厂依靠自己的研究成果开发出低成本的抗菌纤维

2、。上海石化股份公司2004年差别化率达到20%；2005年差别化率同比增幅达[10]26.96％，差别化率达到33.10％；2011年其差别化率超六成，达到国内领先水平。差别化腈纶是通过物理或化学变性的方法来改变腈纶的染色、阻燃、抗菌、抗静电、抗起球等性质，具有异形截面、抱合力高、透湿透气性好、蓬松度适[10]中、覆盖性强和保暖性好等优点，其差别化生产方法包括物理方法、化学方[6]法、物理化学混合方法。由于腈纶本身的相关性质发生了较大的改变，因此腈纶烘干过程中的铺丝要求相应改变。本课题在现有生产工艺以及腈纶品种

3、差别化背景下，对适用于差别化腈纶生产的铺丝机进行研究设计。期望对国内腈纶差别化生产设备有一定的推动作用。1.2国内外铺丝机的研究现状1.2.1铺丝机的发展现状铺丝机在航空工业、烟草行业、纺织行业、化工行业中得到了广泛的应用。复合材料纤维铺丝机在航空工业中起着重要的作用，是解决飞机复合材料零件制造的关键技术，目前只有美国、法国、西班牙等西方国家掌握该核心技[11]术。通过铺丝头将单根纤维按压到模具表面，加热后即可实现粘连。在经过顺序铺丝、交错铺丝后即可实现对零件的加工。为了实现铺丝头对曲面结构的铺丝，复合材料铺丝

4、机通常有比较多的自由度。并且由于航空构件具有相对较高的精度，该类铺丝机执行机构具有很高的执行精度，因此大多数配备专门的[12]数控系统或控制卡对其进行精确控制，如图1-2所示是哈尔滨工业大学研究的七自由度复合材料铺丝机。-2-万方数据哈尔滨工业大学工学硕士学位论文图1-2七自由度复合材料铺丝机纺织行业、烟草行业、化工行业生产过程中丝束烘干、装箱、打包等工序都涉及到丝束的铺丝。该类行业虽然对铺丝机精度要求不是很高，但其连续化作业的特点要求铺丝机具有较低的故障率。纺织行业一般以短纤维为主要生产原料。进入纺纱厂的纤维

5、原料除部分散装外，大都经过压捆成包，并且存在杂质疵点。短纤维均棉机械如图1-3所示，通过卷帘的作用将纤维提升，再通过均棉滚筒对短纤维起到梳理和均匀厚度的作用。短纤维的排布更加整齐，有利于纺纱等工序的进行。图1-3短纤维铺丝机我国自20世纪60年代开始研发化学纤维机械。70年代到80年代，在研发基础上制造了成套的化纤生产设备，建成国产化纤生产线。化纤产量取得的[13]丰硕成果是依靠对化纤机械的持续研发带来的。但面对国内外化纤机械相互竞争的局面，我国化纤机械的研发还存在很多不足。主要表现在：国内生产传统机械厂家众多

6、、竞争激烈，导致利润空间狭小；特种化纤机械涉猎较少，产品不成熟，难以和国外产品相竞争。-3-万方数据哈尔滨工业大学工学硕士学位论文化纤的工艺随着新技术的发展而变化,同时也对化纤机械提出了新的要求。在消化吸收现有生产线的技术后，针对装备的不同特点、生产过程中遇到的问题，国内各腈纶生产厂和研究所对铺丝设备进行了不同形式的改造升级。2000年左右，褚巍等人研制的腈纶装箱机成功实现了腈纶生产线故障时腈纶的[14]存储，便于故障恢复后腈纶的重新利用，降低了生产线故障带来的损失，该铺丝装箱机如图1-4所示。图1-4腈纶铺丝

7、装箱机邯郸纺织机械有限公司化纤研究所李家庆，南通工学院机械系的朱龙彪、庄健、徐海黎等人对化纤摆丝机进行了研究，通过数学模型的建立、分析，找[15,16]到了影响铺丝质量的关键因素，通过合理设计提高了铺丝质量。[17]2009年大庆石化公司腈纶厂对日本川崎公司的铺丝机进行了更新改造，将丝杠驱动改为了同步带驱动，降低了故障的发生率，如图1-5所示。[17]图1-5改造后的日本川崎公司铺丝机以上均为单线式生产。随着生产能力的提升，逐渐出现了不同形式的双头铺丝机。罗洪超等人研制的用于“万吨湿法腈纶”生产线的H6681和

8、H6682型双头铺丝机的各项指标均达到或超过国外的同类型产品，并成功应用于郑州纺-4-万方数据哈尔滨工业大学工学硕士学位论文[18]织机械厂，如图1-6a）所示。哈尔滨工业大学丁振强为大庆腈纶厂研制的对称式双头铺丝机采用对摆式布局结构，巧妙地利用了厂房空间，在单烘干机的基础上实现了对双线烘干的生产能力，如图1-6b）所示。a）H6681、H6682双头铺丝机b）大庆腈纶厂对称式铺丝机图